EU-Projekt: OnCord – Online-Korrosionsüberwachung für die kombinierte Verbrennung von Kohle und chlorreichen Biomassen in Staubfeuerungen und zirkulierenden Wirbelschichtsystemen

Motivation

Die Umstellung kohlegefeuerter Kraftwerke auf Biomassebetrieb sowie die Mitverbrennung hoher Anteile an Biomasse ist nach momentanem Stand der Technik auf hochwertige Hölzer beschränkt. Gründe hierfür sind Bedenken bezüglich der negativen Auswirkungen auf den Betrieb, die Verfügbarkeit sowie die Leistungsfähigkeit des Kraftwerks bei Nutzung schwieriger Biomassen. Neue Biomassekessel sind im Allgemeinen auf niedrigere Dampfparameter ausgelegt als vergleichbare Kessel mit Kohlefeuerung. Die wesentlichen, einschränkenden Faktoren schwieriger Biomassen sind das Ascheverhalten, der besonders hohe Anteil an Alkalien sowie das niedrige Schwefel/Chlor-Verhältnis.

Hauptziele der momentanen Entwicklungen im Bereich Biomassefeuerungen und Biomasse-Mitverbrennung sind:

• Ein erhöhter Anteil an Biomasse, vor allem niedrigwertiger Materialien mit geringen Beschaffungskosten,
• Kesselbetrieb bei hohen Dampfparameters und
• eine Erhöhung der Verfügbarkeit sowie der Kesseleffizienz.

Mit Erreichen der oben genannten Schritte wird der größte umwelttechnische Nutzen unter Verwendung von Biomasse bei geringen Kosten erwartet.

Schwierige Biomassen wie Grünschnitt oder andere landwirtschaftliche Abfallprodukte, Überreste aus der Holzindustrie, Abrissholz oder schnell wachsende, halmartige Nutzpflanzen sind in großen Mengen leicht verfügbar. Aufgrund von hohen Ascherückständen und auftretender Hochtemperaturkorrosion wird deren Einsatz jedoch oft vermieden. Die Korrosionsraten stehen in direktem Zusammenhang mit dem Chloranteil des Brennstoffes und der Ablagerung von Verbindung aus Alkalimetallen und Chlor auf den Heizflächen. Aufgrund dessen werden heutzutage hochwertige Holzpellets verwendet um die auftretenden Probleme zu vermeiden.

Die Mitverbrennung von Kohle oder die Beimischung von selektierten (Kohle-)Aschen als Zusatzstoff ermöglicht die Minderung von hohen Korrosionsraten durch:

• Erhöhte Sulfatierung der Ascherückstände, d.h. die Reduzierung des Chlorid-Anteils der Ablagerungsschichten auf den Heizflächen und
• die Einbindung der Alkalien in die aufgeschmolzenen Aluminium-Silikate der Flugasche sowie in die Ablagerungen.

Ziele

Innerhalb des EU-geförderten Projektes OnCord soll der Einsatz von Kohle (insbesondere die  anorganischen Bestandteile wie Schwefel und verschiedene Aluminiumsilikate) als Einsatzstoff zur Vermeidung von Verbindungen aus Alkalimetallen und Chlor und somit der Unterbindung von chlorreichen Ablagerungen untersucht werden. Die Experimente finden sowohl im Labor-/Testmaßstab als auch im Industriemaßstab statt. Die grundlegenden, chemischen Mechanismen sind ausreichend verstanden, allerdings besteht noch weiterer Forschungsbedarf vor allem auf dem Gebiet der Korrosionsmessung und –überwachung. Des Weiteren ist die Demonstration der Arbeitsweise und der Verfügbarkeit im Großmaßstab notwendig. Hierfür ist der umfassende Einsatz vom aktuellen Equipment zur Online-Korrosionsüberwachung erforderlich. Die eingesetzten Messinstrumente basieren auf den folgenden Messprinzipien:

• Linear Polarisation Resistance method,
• Electrical Resistance method.

Das Projekt OnCord zeichnet sich durch eine Reihe an innovativen Aspekten aus welche zur Verbesserung der Korrosionsüberwachung sowie der Minderung der Korrosion selbst auf verschiedene Art und Weise beitragen:

• Die Erhöhung der  Brennstoffflexibilität in Biomassekesseln und Biomasse-Befeuerungen.
• Die Risikominderung von starker Materialzersetzung durch Hochtemperaturkorrosion.
• Die Entwicklung einer Betriebsstrategie für Kraftwerke zur Minderung der Korrosion bei Biomasseverbrennung und Mitverbrennung schwieriger Biomassen.

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